Prilaku Kegagalan Roda Gigi Lurus Akibat Beban Fatikdan Impak

(1)

PRILAKU KEGAGALAN RODA GIGI LURUS

AKlBAT

BEBAN FATIK DAN IMPAK

TESIS

OLEH

T.BAFU

017015015/MTM

lliperiksa

SEKoLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2006

(2)

PRILAKU KEGAGALAN RODA GIGI LURUS

AKIBAT BEBAN FATIKDAN IMPAK

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik

Pada Program Studi Teknik Mesin

Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

T.HAFLI

017015015/MTM

SEKOLAHPASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2006

(3)

JudulTesis

:

PRILAKU KEGAGALAN RODA

GIG! LURUS AKIBAT BEBAN

FATIK DAN IMPAK

Nama Mablllliswa

:

T. HAFLI

NomorPokok

:

01701S0151MfM

Program Studi

TEKNIK MESIN

Menyetujui

Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Jr. Bustami Syam, MSME

Ketua

ｾｾ

Prof. Dr. Jr. Samsul

RizaL

M.Eng

Anggota

Ketua Program Studio

-Prof. Dr.lr. Bustami Syam, MSME

Tsnggal Julus: 20 Pebruari 2006

Prof. Dr. Ir. Husaini, MSc.

Anggota

Prof. Dr. Ir, T. Chairun Nisa B., MSc

(4)

Telab Diuji pada tanggal : 20 Pebrnari 2006

PANlTIA PENGUJI TESIS

Ketua

Anggota

Prof. Dr.

Jr.

Bustami Syam, MSME

1. Prof.

Dr.

Jr.

Samsul

Rizal,

MEng

2. Prof.

Dr.

Ir.

Husaini, M.Sc

3. Prof. Dr. Basuki Wiryosentono MS. Ph.D

4.

Dr-Ing.

Ikhwansyah Isranuri

(5)

ABSTRAK

Penelitian

ini

membahas

tentang

prilaku kegagalan roda gigi lurus dati baja NS 4340

akibat beban fatik dan impak. Pelaksanaan penelitian dilakukan dalam

tiga

bentuk

pengujian

yaitu pertama pengujian impak dengan metode Split Hopkinson Pressure

Bar (SHPB) untuk memperoleh sifat-sifat mekanik akibat beban impak. Kedua adalah

pengujian fatik pada spesimen roda gigi dengan menggunakan selvopulser dan ketiga

adalah pengujian impak terhadap spesimen yang telah mengalami fatik untuk

mengamati prilaku kegagaian akibat propagasi gelombang tegangan yang terjadi.

Spesimen roda gigi dati material NS 4340 mempunyai umur lelah (life time) di atas

10

7

siklus dengan

endurance limit 100 MPa. Proses perambatan perpataban diawali

pada sudut

kaki

gigi yang merupakan daerah konsentrasi tegangan dan dengan

bertambahnya siklus pembebanan, retakan terns menjalar sepanjang 1ingkaran kaki

gigi (dedendum). Hasil uji

tarik

impak memmjukkan sifat-sifat mekanik

bahan

roda

gigi

akan

jauh meningkat dengan pemberian beban pada laju regangan tinggi. Dati

hasil uji impak dengan pengukuran langsung pada spesimen gigi yang telah

mengalami fatik, menghasilkan respon tegangan terbesar pada 706,2 MPa. Spesimen

roda gigi tidak patah namun bagian dalam telah mengalami kerusakan secara

mikro

struktur dan tegangan yang masuk sudah mencapai batas luluh dati material.

Pengamatan

pada

pennukaan

spesimen

yang

mengalami

fatik

dan

impak

menghasilkan bentuk perpataban kombinasi antara striasi fatik dan patah gems

dengan pennukaan balus dan datar. Dati

basil

simulasi elemen hingga, distribusi

tegangan relatif sama dengan

basil

eksperimen yang awalnya terjadi pada sudut

kaki

gigi,

dimana

pada

daerah

ini terjadi konsentrasi tegangan.

Kau Kund:

Roda gigi, SHPB, Gelombang tegangan, dedendum dan jarak impak

i

ｾ

ＭＭＭＭＭＭＭＭ

(6)

ABSTRACT

The study reports the failure ofspur gear made ofNS 4340 steel subjected to fatigue

and impact loading. In order to study a failure of the gear, three conjunctive tests

were conducted First, specimens were tested under impact loading using split

Hopkinson pressure bars (SHPB) method to obtain the impact tensile strength ofNS

4340 steel. Secondly, the gear specimens were subjected to cyclic loading using

Servopulser testing machine to obtain the endurance limit of the gear. Finally,

pre-fatigued specimens were subjected impact loading using air gun apparatus to observe

the failure behavior of the gear. The result of impact test shows that the impact

tensile strength (SiJ ofNS 4340 steel

is

1349 MPa, and modulus of elasticity (E)

is

253 GPa. The mechanical properties of the gear material will increase due to high

strain rate loading. From the cyclic looding test

is

found that the endurance limit of

gear specimen

is

100 MPa. The crack initiation started on thefeet ofteeth radius as a

stress concentration zone, and then the crack propagates along the dedendum ofthe

gear. The results ofdirect measurement on pre-fatigued gear specimens show that the

maximum stress

is

706.2 MPa. During this test, the specimens were not failed, but in

microstructure the crack

has

occured Observation result of the fracture surface

shows that fracture mode

is

a combined made between fatigue striation and brittle

fracture. To clarify the impact response ofspur gear at any direction ofstrain gage, a

numerical computation using MSCINASTRAN were conduction. It was observed the

stress distribution occurred on the gear specimens

is

similar to experimental results.

Key words: Gear, SPHB, Stress Wave, Dedendum and Impoct Distance

ii

(7)

KATAPENGANTAR

Alhamdulillahhirabbil'alamin penulis ucapkan kehadhirat Allah S.W.T yang

telah melimpahkan segala rahmat

dan

karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyeiesaikan tesis ini.

Tesis ini berjudul "Prilaku Kegagalan Roda Gigi Lurus

akibat Beban Fatik dan Impak"

Tesis ini merupakan basil akhir penelitian yang dilakukan di Pusat Riset

Impak

dan

Keretakan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

Proses

penulisan dan penyelesaian tesis ini tidak terlepas dari mekanisme dan peraturan yang

ditentukan oleh Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarja USu.

Pada kesernpatan ini, penulis menyampaikan rasa terima kasih yang

sedalam-dalamnya kepada Prof Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, seiaku Ketua Komisi

Pembimbing dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin yang telah memberikan

petunjuk dan araban dalam penyeiesaian tesis ini. Terima kasih juga kepada Prof Dr.

Ir. Samsul Rizal, M.Eng.

dan

Prof Dr. Ir. Husaini, MSc, selaku anggota Komisi

Pembimbing yang telah memberikan masukan dan saran-saran dalam penyelesaian

tesis ini.

Kepada Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, yang teiah

memberikan kesempatan kepada saya nntuk menyeiesaikan pendidikan S2 terima

kasih penulis ucapkan. Selanjutnya terima kasih kepada Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri

selaku Sekretaris Program Studi Teknik Mesin, yang telah memberikan kesempatan

dan fasilitas demi selesainya tesis ini.

III

(8)

Terima kasih kepada Rektor Universitas.Malikussaleh yang telah memberi

izin mengikuti program magister eli Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Medan dan juga kepada Pemberi Beasiswa Program Pascasllljana (BPPS) Direktorat

Jenderal Penelidikan Tinggi, yang telah membantu biaya penelidikan dan penelitian

ini,

Kepada Ketua Laboratorium Pusat Impale dan Keretakan (Impact

Fracture

Research Centre IFRC) yang telah memberi fasilitas pemakaian laboratorium dan

kepada Bapak - Bapak Dosen Penguji dan Pembanding yang telah memberikan

tanggapan dan saran untuk perbaikan, serta rekan-rekan yang telah berpartisipasi

sehingga dapat selesai tesis

ini

penulis ucapkan terima kasih.

Penulis menyadari bahwa tesis

ini

masih jauh dari kesempurnaan,

kritik

dan

saran sangat diharapkan untuk masa-masa mendatang dan semoga tulisan sederhana

ini ada manfaatnya,

Amin.

Medan, 22 Pebruari 2006

Penulis,

T. H

afl

i

iv

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

(53)

(54)

(55)

(56)

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

(67)

(68)

(69)

(70)

(71)

(72)

(73)

(74)

(75)

(76)

(77)

(78)

(79)

(80)

(81)

(82)

(83)

(84)

(85)

(86)

(87)

(88)

(89)

(90)

(91)

(92)

(93)

(94)

(95)

(96)

(97)

(98)

(99)

(100)

(101)

(102)

(103)

(104)

(105)

(106)

(107)

(108)

(109)

(110)

(111)

(112)

(113)

(114)

(115)

(116)